復雜地層中基坑降水方案設計及優(yōu)化研究

朱東東 杜明芳

河南工業(yè)大學（450000）

0 引言

在基坑工程施工過程中，基坑降水是一項必不可少的施工項目。學者們對基坑降水也進行了諸多研究，并取得了相應成果。黃文亮[1]結合武漢地鐵范湖站基坑工程實例，對武漢地鐵范湖站深基坑降水技術進行了研究。 黃震[2]等對地下工程施工降水的方法進行了比較全面的總結。各種土質條件下的基坑降水方法也各不相同，文章將結合洛陽市軌道交通1 號線02 標段周王城廣場站基坑工程實例，對該車站基坑降水施工技術進行探討研究。

1 工程概況

周王城廣場站位于人民西路和人民東路之間，車站沿中州中路敷設。 本站為地下三層島式車站，車站主體結構采用雙柱三跨鋼筋混凝土箱型框架結構，站臺寬度13 m。 本工程地質條件地面以下依次為：雜填土、素填土、黃土狀粉質黏土、黃土狀粉土、粉質黏土、粉土、細砂、卵石。地下水類型為孔隙潛水，含水層為卵石層及砂層。 補給方式有大氣降水入滲、洛河和澗河側滲、水渠滲漏、灌溉回滲等方式，主要排泄方式為開采排泄、蒸發(fā)排泄、側向徑流排泄。

2 降水設計方案

2.1 基坑總涌水量計算

由于圍護結構未隔斷基坑內、外潛水含水層的水利聯系，因此本工程采用大井法計算其基坑涌水量。 根據規(guī)范 《建筑基坑支護技術規(guī)程JGJ 120—2012》，群井按大井簡化時，均質含水層潛水非完整井的基坑總涌水量可按下式計算。

式中：Q——基坑側向徑 流 補 給 量（m3/d）；K——滲透系數（m/d），80 m/d；h——基坑動水位到含水層底面的深度（m），21m；l——有效濾管的長度（m），6 m；R——影響半徑（m），引用影響半徑（m），r0=0.29(a+b)

經計算，當周王城廣場站基坑水位降深達到6.51 m 時，基坑總涌水量為23 219.27 m3。

2.2 降水井數量計算

降水井單井出水能力：

l——有效過濾器長度，6 m；r——井半徑，0.162 5 m；K——滲透系數，80 m/d。

計算所得單井出水量是最大單井出水量，根據實際，單井出水量取791.9 m3/d。

經計算，周王城廣場站共需要布置降水井33口。

2.3 降水井優(yōu)化設計

由于本次計算采用的水位降深為基坑最大降深6.51 m。而基坑降水時，標準段水位降深僅為3.32 m，因此實際上整個基坑降水不需要布置33 口降壓井。 為了提高經濟效益、節(jié)約成本，同時提高方案的科學合理性，我們在此借助于滲流模擬軟件，采用了三維滲流數值法進行計算，對降水井進行優(yōu)化設計，為降水設計與施工提供理論依據。

為了便于滲流軟件計算，對基坑及水文地質條件進行概化：模型的上界取地面標高+148.8 m，底界為③9-4 層卵石層底板，標高取+100.7m ；為了克服邊界的不確定性給計算結果來來隨意性，取基坑端頭各邊均向外延伸500 m 的范圍作為本次模擬計算區(qū)域，共計1 126 m×1 027 m，四周均按定水頭邊界處理，初始水位標高+127.57 m。 水平方向本著由基坑向外逐漸變疏的原則進行剖分，根據土層性質，垂直方向上將地層看作均質潛水含水層。 計算結果如圖1 所示。

圖1 基坑降水水位標高等值線圖和基坑降水水位降深等值線圖（m）

因此經過三維數值模擬優(yōu)化計算，周王城廣場站共需要布置降水井28 口，其中左端頭布置降水井7 口（2 口布置在坑內，5 口布置在坑外）；標準段布置降水井10 口（均布置在坑外）；右端頭布置降水井 11 口（4 口布置在坑內，7 口布置在坑外）。 詳見降水井平面布置圖。

3 結語

基坑降水方案要因地制宜，本工程含水層為卵石層，地質情況復雜，所采取降水方案切實可行，以期為類似工程提供參考。